アルミニウムは延性か？その機械的挙動を深く考察する

アルミニウムの延性に影響を与える要因

アルミニウムの延性は固定されているわけではありません。いくつかの条件によって変化します。これらの要因は、加工中の曲がりやすさ、伸びやすさ、成形しやすさに影響します。

温度

延性は熱によって増加する。温度が高くなると、アルミニウム原子はより自由に動くようになり、金属は割れることなく伸びやすくなる。

温間成形は、アルミニウム部品の成形によく使用されます。特に複雑な合金では、破れを避けるのに役立ちます。一方、低温では延性が低下し、アルミニウムが応力下で割れやすくなります。

合金組成

合金元素の違いによって延性は様々な影響を受ける。マグネシウムやシリコンのように、強度は上がるが延性は低下する元素もある。

例えば、1100アルミニウム（ほぼ純アルミ）は非常に延性が高い。6061は延性は低いが強度は高い。7075は強度が高いが、成形性に限界がある。

ストレイン・レート

ひずみ速度とは、力を加える速さのことです。アルミニウムをゆっくり引き伸ばすと、通常より簡単に変形します。素早く引っ張ると、金属が調整する時間が短くなり、亀裂が入る可能性があります。

成形作業では、ひずみ速度が遅いほど良い結果が得られることが多い。高速成形では、失敗を避けるために特別なセットアップが必要になることがある。

粒構造

結晶粒の大きさは、応力下での金属の動き方に影響する。細かい粒はより均一な動きを可能にするが、粗い粒は不均一な変形や亀裂の原因となる。

圧延や焼きなましのような加工方法は、結晶粒径の制御に役立ちます。結晶粒が細かいアルミニウムは延性が高い傾向にあります。

熱処理

熱処理はアルミニウムの内部構造を変化させます。焼きなましは金属を軟化させ、延性を高めます。固溶化熱処理と時効処理は強度を高めますが、成形性を低下させる可能性があります。

O（焼きなまし）のように、高い延性を持つ調質材もある。T6（固溶化熱処理と時効処理）のように、硬くて柔軟性に欠けるものもある。

仕事のハード化

アルミニウムは変形すると硬くなる。これは加工硬化と呼ばれます。強度は増しますが、延性は低下します。

焼きなましをせずに成形しすぎると、金属がもろくなることがある。そのため、成形と軟化の工程を複数回行う部品もあり、製造中の延性の維持に役立っている。

メリットとデメリット

アルミニウムの延性には多くの利点がありますが、トレードオフもあります。その両方を知ることで、用途に合った材料を選ぶことができます。

メリット

• 形成しやすい： アルミ製ベンド特にピュアまたはソフト・テンパーのフォームでは、ドローとプレスがよく効く。
• 複雑な形状に適している： その柔軟性により 深絞りスピニング 足踏み 割れずに。
• 軽量： 鋼鉄や他の金属のような重量を伴わずに成形性を得ることができる。
• リワークフレンドリー： 成形が計画通りにいかなくても、ダクタイルアルミニウムは多くの場合、損傷することなく成形し直すことができます。
• 成形における耐クラック性： 延性のあるアルミニウムは、曲げや打ち抜き時にエッジクラックが発生しにくい。

デメリット

• ピュアなフォームで強度を下げる： 延性が高いということは、強度が低いことを意味します。純アルミニウムは重い荷重に耐えられない。
• 高ストレス領域での限定的使用： 延性アルミニウム合金は、適切に選択されなければ、応力下で変形する可能性がある。
• 追加のステップが必要な場合もある： 高強度部品の場合、アルミニウムを熱処理したり合金化したりする必要があり、コストがかさむ。
• 表面の傷: 延性のある材料は、重加工の際に跡や歪みが出やすい。
• 労働強化のリスク： 焼きなましをしない場合、何度も曲げたり成形したりすると、時間の経過とともに延性が低下することがある。

他の金属との比較

アルミニウムは、成形や構造部品の材料を選ぶ際に、鋼や銅のような金属と比較されることがよくあります。ここでは、あなたの決断の指針となるよう、簡単に並べてみました。